Quelle  zsmalloc.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later

/*
 * zsmalloc memory allocator
 *
 * Copyright (C) 2011  Nitin Gupta
 * Copyright (C) 2012, 2013 Minchan Kim
 *
 * This code is released using a dual license strategy: BSD/GPL
 * You can choose the license that better fits your requirements.
 *
 * Released under the terms of 3-clause BSD License
 * Released under the terms of GNU General Public License Version 2.0
 */

#define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt

/*
 * lock ordering:
 * page_lock
 * pool->lock
 * class->lock
 * zspage->lock
 */

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/highmem.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/spinlock.h>
#include <linux/sprintf.h>
#include <linux/shrinker.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/debugfs.h>
#include <linux/zsmalloc.h>
#include <linux/zpool.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/workqueue.h>
#include "zpdesc.h"

#define ZSPAGE_MAGIC 0x58

/*
 * This must be power of 2 and greater than or equal to sizeof(link_free).
 * These two conditions ensure that any 'struct link_free' itself doesn't
 * span more than 1 page which avoids complex case of mapping 2 pages simply
 * to restore link_free pointer values.
 */
#define ZS_ALIGN  8

#define ZS_HANDLE_SIZE (sizeof(unsigned long))

/*
 * Object location (<PFN>, <obj_idx>) is encoded as
 * a single (unsigned long) handle value.
 *
 * Note that object index <obj_idx> starts from 0.
 *
 * This is made more complicated by various memory models and PAE.
 */

#ifndef MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS
#ifdef MAX_PHYSMEM_BITS
#define MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS MAX_PHYSMEM_BITS
#else
/*
 * If this definition of MAX_PHYSMEM_BITS is used, OBJ_INDEX_BITS will just
 * be PAGE_SHIFT
 */
#define MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS BITS_PER_LONG
#endif
#endif

#define _PFN_BITS  (MAX_POSSIBLE_PHYSMEM_BITS - PAGE_SHIFT)

/*
 * Head in allocated object should have OBJ_ALLOCATED_TAG
 * to identify the object was allocated or not.
 * It's okay to add the status bit in the least bit because
 * header keeps handle which is 4byte-aligned address so we
 * have room for two bit at least.
 */
#define OBJ_ALLOCATED_TAG 1

#define OBJ_TAG_BITS 1
#define OBJ_TAG_MASK OBJ_ALLOCATED_TAG

#define OBJ_INDEX_BITS (BITS_PER_LONG - _PFN_BITS)
#define OBJ_INDEX_MASK ((_AC(1, UL) << OBJ_INDEX_BITS) - 1)

#define HUGE_BITS 1
#define FULLNESS_BITS 4
#define CLASS_BITS 8
#define MAGIC_VAL_BITS 8

#define ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE (_AC(CONFIG_ZSMALLOC_CHAIN_SIZE, UL))

/* ZS_MIN_ALLOC_SIZE must be multiple of ZS_ALIGN */
#define ZS_MIN_ALLOC_SIZE \
 MAX(32, (ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE << PAGE_SHIFT >> OBJ_INDEX_BITS))
/* each chunk includes extra space to keep handle */
#define ZS_MAX_ALLOC_SIZE PAGE_SIZE

/*
 * On systems with 4K page size, this gives 255 size classes! There is a
 * trader-off here:
 *  - Large number of size classes is potentially wasteful as free page are
 *    spread across these classes
 *  - Small number of size classes causes large internal fragmentation
 *  - Probably its better to use specific size classes (empirically
 *    determined). NOTE: all those class sizes must be set as multiple of
 *    ZS_ALIGN to make sure link_free itself never has to span 2 pages.
 *
 *  ZS_MIN_ALLOC_SIZE and ZS_SIZE_CLASS_DELTA must be multiple of ZS_ALIGN
 *  (reason above)
 */
#define ZS_SIZE_CLASS_DELTA (PAGE_SIZE >> CLASS_BITS)
#define ZS_SIZE_CLASSES (DIV_ROUND_UP(ZS_MAX_ALLOC_SIZE - ZS_MIN_ALLOC_SIZE, \
          ZS_SIZE_CLASS_DELTA) + 1)

/*
 * Pages are distinguished by the ratio of used memory (that is the ratio
 * of ->inuse objects to all objects that page can store). For example,
 * INUSE_RATIO_10 means that the ratio of used objects is > 0% and <= 10%.
 *
 * The number of fullness groups is not random. It allows us to keep
 * difference between the least busy page in the group (minimum permitted
 * number of ->inuse objects) and the most busy page (maximum permitted
 * number of ->inuse objects) at a reasonable value.
 */
enum fullness_group {
 ZS_INUSE_RATIO_0,
 ZS_INUSE_RATIO_10,
 /* NOTE: 8 more fullness groups here */
 ZS_INUSE_RATIO_99       = 10,
 ZS_INUSE_RATIO_100,
 NR_FULLNESS_GROUPS,
};

enum class_stat_type {
 /* NOTE: stats for 12 fullness groups here: from inuse 0 to 100 */
 ZS_OBJS_ALLOCATED       = NR_FULLNESS_GROUPS,
 ZS_OBJS_INUSE,
 NR_CLASS_STAT_TYPES,
};

struct zs_size_stat {
 unsigned long objs[NR_CLASS_STAT_TYPES];
};

#ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
static struct dentry *zs_stat_root;
#endif

static size_t huge_class_size;

struct size_class {
 spinlock_t lock;
 struct list_head fullness_list[NR_FULLNESS_GROUPS];
 /*
 * Size of objects stored in this class. Must be multiple
 * of ZS_ALIGN.
 */
 int size;
 int objs_per_zspage;
 /* Number of PAGE_SIZE sized pages to combine to form a 'zspage' */
 int pages_per_zspage;

 unsigned int index;
 struct zs_size_stat stats;
};

/*
 * Placed within free objects to form a singly linked list.
 * For every zspage, zspage->freeobj gives head of this list.
 *
 * This must be power of 2 and less than or equal to ZS_ALIGN
 */
struct link_free {
 union {
  /*
 * Free object index;
 * It's valid for non-allocated object
 */
  unsigned long next;
  /*
 * Handle of allocated object.
 */
  unsigned long handle;
 };
};

struct zs_pool {
 const char *name;

 struct size_class *size_class[ZS_SIZE_CLASSES];
 struct kmem_cache *handle_cachep;
 struct kmem_cache *zspage_cachep;

 atomic_long_t pages_allocated;

 struct zs_pool_stats stats;

 /* Compact classes */
 struct shrinker *shrinker;

#ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT
 struct dentry *stat_dentry;
#endif
#ifdef CONFIG_COMPACTION
 struct work_struct free_work;
#endif
 /* protect zspage migration/compaction */
 rwlock_t lock;
 atomic_t compaction_in_progress;
};

static inline void zpdesc_set_first(struct zpdesc *zpdesc)
{
 SetPagePrivate(zpdesc_page(zpdesc));
}

static inline void zpdesc_inc_zone_page_state(struct zpdesc *zpdesc)
{
 inc_zone_page_state(zpdesc_page(zpdesc), NR_ZSPAGES);
}

static inline void zpdesc_dec_zone_page_state(struct zpdesc *zpdesc)
{
 dec_zone_page_state(zpdesc_page(zpdesc), NR_ZSPAGES);
}

static inline struct zpdesc *alloc_zpdesc(gfp_t gfp, const int nid)
{
 struct page *page = alloc_pages_node(nid, gfp, 0);

 return page_zpdesc(page);
}

static inline void free_zpdesc(struct zpdesc *zpdesc)
{
 struct page *page = zpdesc_page(zpdesc);

 /* PageZsmalloc is sticky until the page is freed to the buddy. */
 __free_page(page);
}

#define ZS_PAGE_UNLOCKED 0
#define ZS_PAGE_WRLOCKED -1

struct zspage_lock {
 spinlock_t lock;
 int cnt;
 struct lockdep_map dep_map;
};

struct zspage {
 struct {
  unsigned int huge:HUGE_BITS;
  unsigned int fullness:FULLNESS_BITS;
  unsigned int class:CLASS_BITS + 1;
  unsigned int magic:MAGIC_VAL_BITS;
 };
 unsigned int inuse;
 unsigned int freeobj;
 struct zpdesc *first_zpdesc;
 struct list_head list; /* fullness list */
 struct zs_pool *pool;
 struct zspage_lock zsl;
};

static void zspage_lock_init(struct zspage *zspage)
{
 static struct lock_class_key __key;
 struct zspage_lock *zsl = &zspage->zsl;

 lockdep_init_map(&zsl->dep_map, "zspage->lock", &__key, 0);
 spin_lock_init(&zsl->lock);
 zsl->cnt = ZS_PAGE_UNLOCKED;
}

/*
 * The zspage lock can be held from atomic contexts, but it needs to remain
 * preemptible when held for reading because it remains held outside of those
 * atomic contexts, otherwise we unnecessarily lose preemptibility.
 *
 * To achieve this, the following rules are enforced on readers and writers:
 *
 * - Writers are blocked by both writers and readers, while readers are only
 *   blocked by writers (i.e. normal rwlock semantics).
 *
 * - Writers are always atomic (to allow readers to spin waiting for them).
 *
 * - Writers always use trylock (as the lock may be held be sleeping readers).
 *
 * - Readers may spin on the lock (as they can only wait for atomic writers).
 *
 * - Readers may sleep while holding the lock (as writes only use trylock).
 */
static void zspage_read_lock(struct zspage *zspage)
{
 struct zspage_lock *zsl = &zspage->zsl;

 rwsem_acquire_read(&zsl->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);

 spin_lock(&zsl->lock);
 zsl->cnt++;
 spin_unlock(&zsl->lock);

 lock_acquired(&zsl->dep_map, _RET_IP_);
}

static void zspage_read_unlock(struct zspage *zspage)
{
 struct zspage_lock *zsl = &zspage->zsl;

 rwsem_release(&zsl->dep_map, _RET_IP_);

 spin_lock(&zsl->lock);
 zsl->cnt--;
 spin_unlock(&zsl->lock);
}

static __must_check bool zspage_write_trylock(struct zspage *zspage)
{
 struct zspage_lock *zsl = &zspage->zsl;

 spin_lock(&zsl->lock);
 if (zsl->cnt == ZS_PAGE_UNLOCKED) {
  zsl->cnt = ZS_PAGE_WRLOCKED;
  rwsem_acquire(&zsl->dep_map, 0, 1, _RET_IP_);
  lock_acquired(&zsl->dep_map, _RET_IP_);
  return true;
 }

 spin_unlock(&zsl->lock);
 return false;
}

static void zspage_write_unlock(struct zspage *zspage)
{
 struct zspage_lock *zsl = &zspage->zsl;

 rwsem_release(&zsl->dep_map, _RET_IP_);

 zsl->cnt = ZS_PAGE_UNLOCKED;
 spin_unlock(&zsl->lock);
}

/* huge object: pages_per_zspage == 1 && maxobj_per_zspage == 1 */
static void SetZsHugePage(struct zspage *zspage)
{
 zspage->huge = 1;
}

static bool ZsHugePage(struct zspage *zspage)
{
 return zspage->huge;
}

#ifdef CONFIG_COMPACTION
static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool);
static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool);
static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage);
#else
static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool) {}
static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool) {}
static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage) {}
#endif

static int create_cache(struct zs_pool *pool)
{
 char *name;

 name = kasprintf(GFP_KERNEL, "zs_handle-%s", pool->name);
 if (!name)
  return -ENOMEM;
 pool->handle_cachep = kmem_cache_create(name, ZS_HANDLE_SIZE,
      0, 0, NULL);
 kfree(name);
 if (!pool->handle_cachep)
  return -EINVAL;

 name = kasprintf(GFP_KERNEL, "zspage-%s", pool->name);
 if (!name)
  return -ENOMEM;
 pool->zspage_cachep = kmem_cache_create(name, sizeof(struct zspage),
      0, 0, NULL);
 kfree(name);
 if (!pool->zspage_cachep) {
  kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
  pool->handle_cachep = NULL;
  return -EINVAL;
 }

 return 0;
}

static void destroy_cache(struct zs_pool *pool)
{
 kmem_cache_destroy(pool->handle_cachep);
 kmem_cache_destroy(pool->zspage_cachep);
}

static unsigned long cache_alloc_handle(struct zs_pool *pool, gfp_t gfp)
{
 return (unsigned long)kmem_cache_alloc(pool->handle_cachep,
   gfp & ~(__GFP_HIGHMEM|__GFP_MOVABLE));
}

static void cache_free_handle(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
{
 kmem_cache_free(pool->handle_cachep, (void *)handle);
}

static struct zspage *cache_alloc_zspage(struct zs_pool *pool, gfp_t flags)
{
 return kmem_cache_zalloc(pool->zspage_cachep,
   flags & ~(__GFP_HIGHMEM|__GFP_MOVABLE));
}

static void cache_free_zspage(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage)
{
 kmem_cache_free(pool->zspage_cachep, zspage);
}

/* class->lock(which owns the handle) synchronizes races */
static void record_obj(unsigned long handle, unsigned long obj)
{
 *(unsigned long *)handle = obj;
}

/* zpool driver */

#ifdef CONFIG_ZPOOL

static void *zs_zpool_create(const char *name, gfp_t gfp)
{
 /*
 * Ignore global gfp flags: zs_malloc() may be invoked from
 * different contexts and its caller must provide a valid
 * gfp mask.
 */
 return zs_create_pool(name);
}

static void zs_zpool_destroy(void *pool)
{
 zs_destroy_pool(pool);
}

static int zs_zpool_malloc(void *pool, size_t size, gfp_t gfp,
      unsigned long *handle, const int nid)
{
 *handle = zs_malloc(pool, size, gfp, nid);

 if (IS_ERR_VALUE(*handle))
  return PTR_ERR((void *)*handle);
 return 0;
}
static void zs_zpool_free(void *pool, unsigned long handle)
{
 zs_free(pool, handle);
}

static void *zs_zpool_obj_read_begin(void *pool, unsigned long handle,
         void *local_copy)
{
 return zs_obj_read_begin(pool, handle, local_copy);
}

static void zs_zpool_obj_read_end(void *pool, unsigned long handle,
      void *handle_mem)
{
 zs_obj_read_end(pool, handle, handle_mem);
}

static void zs_zpool_obj_write(void *pool, unsigned long handle,
          void *handle_mem, size_t mem_len)
{
 zs_obj_write(pool, handle, handle_mem, mem_len);
}

static u64 zs_zpool_total_pages(void *pool)
{
 return zs_get_total_pages(pool);
}

static struct zpool_driver zs_zpool_driver = {
 .type =     "zsmalloc",
 .owner =    THIS_MODULE,
 .create =    zs_zpool_create,
 .destroy =    zs_zpool_destroy,
 .malloc =    zs_zpool_malloc,
 .free =     zs_zpool_free,
 .obj_read_begin =   zs_zpool_obj_read_begin,
 .obj_read_end  =   zs_zpool_obj_read_end,
 .obj_write =    zs_zpool_obj_write,
 .total_pages =    zs_zpool_total_pages,
};

MODULE_ALIAS("zpool-zsmalloc");
#endif /* CONFIG_ZPOOL */

static inline bool __maybe_unused is_first_zpdesc(struct zpdesc *zpdesc)
{
 return PagePrivate(zpdesc_page(zpdesc));
}

/* Protected by class->lock */
static inline int get_zspage_inuse(struct zspage *zspage)
{
 return zspage->inuse;
}

static inline void mod_zspage_inuse(struct zspage *zspage, int val)
{
 zspage->inuse += val;
}

static struct zpdesc *get_first_zpdesc(struct zspage *zspage)
{
 struct zpdesc *first_zpdesc = zspage->first_zpdesc;

 VM_BUG_ON_PAGE(!is_first_zpdesc(first_zpdesc), zpdesc_page(first_zpdesc));
 return first_zpdesc;
}

#define FIRST_OBJ_PAGE_TYPE_MASK 0xffffff

static inline unsigned int get_first_obj_offset(struct zpdesc *zpdesc)
{
 VM_WARN_ON_ONCE(!PageZsmalloc(zpdesc_page(zpdesc)));
 return zpdesc->first_obj_offset & FIRST_OBJ_PAGE_TYPE_MASK;
}

static inline void set_first_obj_offset(struct zpdesc *zpdesc, unsigned int offset)
{
 /* With 24 bits available, we can support offsets into 16 MiB pages. */
 BUILD_BUG_ON(PAGE_SIZE > SZ_16M);
 VM_WARN_ON_ONCE(!PageZsmalloc(zpdesc_page(zpdesc)));
 VM_WARN_ON_ONCE(offset & ~FIRST_OBJ_PAGE_TYPE_MASK);
 zpdesc->first_obj_offset &= ~FIRST_OBJ_PAGE_TYPE_MASK;
 zpdesc->first_obj_offset |= offset & FIRST_OBJ_PAGE_TYPE_MASK;
}

static inline unsigned int get_freeobj(struct zspage *zspage)
{
 return zspage->freeobj;
}

static inline void set_freeobj(struct zspage *zspage, unsigned int obj)
{
 zspage->freeobj = obj;
}

static struct size_class *zspage_class(struct zs_pool *pool,
           struct zspage *zspage)
{
 return pool->size_class[zspage->class];
}

/*
 * zsmalloc divides the pool into various size classes where each
 * class maintains a list of zspages where each zspage is divided
 * into equal sized chunks. Each allocation falls into one of these
 * classes depending on its size. This function returns index of the
 * size class which has chunk size big enough to hold the given size.
 */
static int get_size_class_index(int size)
{
 int idx = 0;

 if (likely(size > ZS_MIN_ALLOC_SIZE))
  idx = DIV_ROUND_UP(size - ZS_MIN_ALLOC_SIZE,
    ZS_SIZE_CLASS_DELTA);

 return min_t(int, ZS_SIZE_CLASSES - 1, idx);
}

static inline void class_stat_add(struct size_class *class, int type,
      unsigned long cnt)
{
 class->stats.objs[type] += cnt;
}

static inline void class_stat_sub(struct size_class *class, int type,
      unsigned long cnt)
{
 class->stats.objs[type] -= cnt;
}

static inline unsigned long class_stat_read(struct size_class *class, int type)
{
 return class->stats.objs[type];
}

#ifdef CONFIG_ZSMALLOC_STAT

static void __init zs_stat_init(void)
{
 if (!debugfs_initialized()) {
  pr_warn("debugfs not available, stat dir not created\n");
  return;
 }

 zs_stat_root = debugfs_create_dir("zsmalloc", NULL);
}

static void __exit zs_stat_exit(void)
{
 debugfs_remove_recursive(zs_stat_root);
}

static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class);

static int zs_stats_size_show(struct seq_file *s, void *v)
{
 int i, fg;
 struct zs_pool *pool = s->private;
 struct size_class *class;
 int objs_per_zspage;
 unsigned long obj_allocated, obj_used, pages_used, freeable;
 unsigned long total_objs = 0, total_used_objs = 0, total_pages = 0;
 unsigned long total_freeable = 0;
 unsigned long inuse_totals[NR_FULLNESS_GROUPS] = {0, };

 seq_printf(s, " %5s %5s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %9s %13s %10s %10s %16s %8s\n",
   "class", "size", "10%", "20%", "30%", "40%",
   "50%", "60%", "70%", "80%", "90%", "99%", "100%",
   "obj_allocated", "obj_used", "pages_used",
   "pages_per_zspage", "freeable");

 for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {

  class = pool->size_class[i];

  if (class->index != i)
   continue;

  spin_lock(&class->lock);

  seq_printf(s, " %5u %5u ", i, class->size);
  for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
   inuse_totals[fg] += class_stat_read(class, fg);
   seq_printf(s, "%9lu ", class_stat_read(class, fg));
  }

  obj_allocated = class_stat_read(class, ZS_OBJS_ALLOCATED);
  obj_used = class_stat_read(class, ZS_OBJS_INUSE);
  freeable = zs_can_compact(class);
  spin_unlock(&class->lock);

  objs_per_zspage = class->objs_per_zspage;
  pages_used = obj_allocated / objs_per_zspage *
    class->pages_per_zspage;

  seq_printf(s, "%13lu %10lu %10lu %16d %8lu\n",
      obj_allocated, obj_used, pages_used,
      class->pages_per_zspage, freeable);

  total_objs += obj_allocated;
  total_used_objs += obj_used;
  total_pages += pages_used;
  total_freeable += freeable;
 }

 seq_puts(s, "\n");
 seq_printf(s, " %5s %5s ", "Total", "");

 for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++)
  seq_printf(s, "%9lu ", inuse_totals[fg]);

 seq_printf(s, "%13lu %10lu %10lu %16s %8lu\n",
     total_objs, total_used_objs, total_pages, "",
     total_freeable);

 return 0;
}
DEFINE_SHOW_ATTRIBUTE(zs_stats_size);

static void zs_pool_stat_create(struct zs_pool *pool, const char *name)
{
 if (!zs_stat_root) {
  pr_warn("no root stat dir, not creating <%s> stat dir\n", name);
  return;
 }

 pool->stat_dentry = debugfs_create_dir(name, zs_stat_root);

 debugfs_create_file("classes", S_IFREG | 0444, pool->stat_dentry, pool,
       &zs_stats_size_fops);
}

static void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
{
 debugfs_remove_recursive(pool->stat_dentry);
}

#else /* CONFIG_ZSMALLOC_STAT */
static void __init zs_stat_init(void)
{
}

static void __exit zs_stat_exit(void)
{
}

static inline void zs_pool_stat_create(struct zs_pool *pool, const char *name)
{
}

static inline void zs_pool_stat_destroy(struct zs_pool *pool)
{
}
#endif


/*
 * For each size class, zspages are divided into different groups
 * depending on their usage ratio. This function returns fullness
 * status of the given page.
 */
static int get_fullness_group(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
{
 int inuse, objs_per_zspage, ratio;

 inuse = get_zspage_inuse(zspage);
 objs_per_zspage = class->objs_per_zspage;

 if (inuse == 0)
  return ZS_INUSE_RATIO_0;
 if (inuse == objs_per_zspage)
  return ZS_INUSE_RATIO_100;

 ratio = 100 * inuse / objs_per_zspage;
 /*
 * Take integer division into consideration: a page with one inuse
 * object out of 127 possible, will end up having 0 usage ratio,
 * which is wrong as it belongs in ZS_INUSE_RATIO_10 fullness group.
 */
 return ratio / 10 + 1;
}

/*
 * Each size class maintains various freelists and zspages are assigned
 * to one of these freelists based on the number of live objects they
 * have. This functions inserts the given zspage into the freelist
 * identified by <class, fullness_group>.
 */
static void insert_zspage(struct size_class *class,
    struct zspage *zspage,
    int fullness)
{
 class_stat_add(class, fullness, 1);
 list_add(&zspage->list, &class->fullness_list[fullness]);
 zspage->fullness = fullness;
}

/*
 * This function removes the given zspage from the freelist identified
 * by <class, fullness_group>.
 */
static void remove_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
{
 int fullness = zspage->fullness;

 VM_BUG_ON(list_empty(&class->fullness_list[fullness]));

 list_del_init(&zspage->list);
 class_stat_sub(class, fullness, 1);
}

/*
 * Each size class maintains zspages in different fullness groups depending
 * on the number of live objects they contain. When allocating or freeing
 * objects, the fullness status of the page can change, for instance, from
 * INUSE_RATIO_80 to INUSE_RATIO_70 when freeing an object. This function
 * checks if such a status change has occurred for the given page and
 * accordingly moves the page from the list of the old fullness group to that
 * of the new fullness group.
 */
static int fix_fullness_group(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
{
 int newfg;

 newfg = get_fullness_group(class, zspage);
 if (newfg == zspage->fullness)
  goto out;

 remove_zspage(class, zspage);
 insert_zspage(class, zspage, newfg);
out:
 return newfg;
}

static struct zspage *get_zspage(struct zpdesc *zpdesc)
{
 struct zspage *zspage = zpdesc->zspage;

 BUG_ON(zspage->magic != ZSPAGE_MAGIC);
 return zspage;
}

static struct zpdesc *get_next_zpdesc(struct zpdesc *zpdesc)
{
 struct zspage *zspage = get_zspage(zpdesc);

 if (unlikely(ZsHugePage(zspage)))
  return NULL;

 return zpdesc->next;
}

/**
 * obj_to_location - get (<zpdesc>, <obj_idx>) from encoded object value
 * @obj: the encoded object value
 * @zpdesc: zpdesc object resides in zspage
 * @obj_idx: object index
 */
static void obj_to_location(unsigned long obj, struct zpdesc **zpdesc,
    unsigned int *obj_idx)
{
 *zpdesc = pfn_zpdesc(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
 *obj_idx = (obj & OBJ_INDEX_MASK);
}

static void obj_to_zpdesc(unsigned long obj, struct zpdesc **zpdesc)
{
 *zpdesc = pfn_zpdesc(obj >> OBJ_INDEX_BITS);
}

/**
 * location_to_obj - get obj value encoded from (<zpdesc>, <obj_idx>)
 * @zpdesc: zpdesc object resides in zspage
 * @obj_idx: object index
 */
static unsigned long location_to_obj(struct zpdesc *zpdesc, unsigned int obj_idx)
{
 unsigned long obj;

 obj = zpdesc_pfn(zpdesc) << OBJ_INDEX_BITS;
 obj |= obj_idx & OBJ_INDEX_MASK;

 return obj;
}

static unsigned long handle_to_obj(unsigned long handle)
{
 return *(unsigned long *)handle;
}

static inline bool obj_allocated(struct zpdesc *zpdesc, void *obj,
     unsigned long *phandle)
{
 unsigned long handle;
 struct zspage *zspage = get_zspage(zpdesc);

 if (unlikely(ZsHugePage(zspage))) {
  VM_BUG_ON_PAGE(!is_first_zpdesc(zpdesc), zpdesc_page(zpdesc));
  handle = zpdesc->handle;
 } else
  handle = *(unsigned long *)obj;

 if (!(handle & OBJ_ALLOCATED_TAG))
  return false;

 /* Clear all tags before returning the handle */
 *phandle = handle & ~OBJ_TAG_MASK;
 return true;
}

static void reset_zpdesc(struct zpdesc *zpdesc)
{
 struct page *page = zpdesc_page(zpdesc);

 ClearPagePrivate(page);
 zpdesc->zspage = NULL;
 zpdesc->next = NULL;
 /* PageZsmalloc is sticky until the page is freed to the buddy. */
}

static int trylock_zspage(struct zspage *zspage)
{
 struct zpdesc *cursor, *fail;

 for (cursor = get_first_zpdesc(zspage); cursor != NULL; cursor =
     get_next_zpdesc(cursor)) {
  if (!zpdesc_trylock(cursor)) {
   fail = cursor;
   goto unlock;
  }
 }

 return 1;
unlock:
 for (cursor = get_first_zpdesc(zspage); cursor != fail; cursor =
     get_next_zpdesc(cursor))
  zpdesc_unlock(cursor);

 return 0;
}

static void __free_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
    struct zspage *zspage)
{
 struct zpdesc *zpdesc, *next;

 assert_spin_locked(&class->lock);

 VM_BUG_ON(get_zspage_inuse(zspage));
 VM_BUG_ON(zspage->fullness != ZS_INUSE_RATIO_0);

 next = zpdesc = get_first_zpdesc(zspage);
 do {
  VM_BUG_ON_PAGE(!zpdesc_is_locked(zpdesc), zpdesc_page(zpdesc));
  next = get_next_zpdesc(zpdesc);
  reset_zpdesc(zpdesc);
  zpdesc_unlock(zpdesc);
  zpdesc_dec_zone_page_state(zpdesc);
  zpdesc_put(zpdesc);
  zpdesc = next;
 } while (zpdesc != NULL);

 cache_free_zspage(pool, zspage);

 class_stat_sub(class, ZS_OBJS_ALLOCATED, class->objs_per_zspage);
 atomic_long_sub(class->pages_per_zspage, &pool->pages_allocated);
}

static void free_zspage(struct zs_pool *pool, struct size_class *class,
    struct zspage *zspage)
{
 VM_BUG_ON(get_zspage_inuse(zspage));
 VM_BUG_ON(list_empty(&zspage->list));

 /*
 * Since zs_free couldn't be sleepable, this function cannot call
 * lock_page. The page locks trylock_zspage got will be released
 * by __free_zspage.
 */
 if (!trylock_zspage(zspage)) {
  kick_deferred_free(pool);
  return;
 }

 remove_zspage(class, zspage);
 __free_zspage(pool, class, zspage);
}

/* Initialize a newly allocated zspage */
static void init_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
{
 unsigned int freeobj = 1;
 unsigned long off = 0;
 struct zpdesc *zpdesc = get_first_zpdesc(zspage);

 while (zpdesc) {
  struct zpdesc *next_zpdesc;
  struct link_free *link;
  void *vaddr;

  set_first_obj_offset(zpdesc, off);

  vaddr = kmap_local_zpdesc(zpdesc);
  link = (struct link_free *)vaddr + off / sizeof(*link);

  while ((off += class->size) < PAGE_SIZE) {
   link->next = freeobj++ << OBJ_TAG_BITS;
   link += class->size / sizeof(*link);
  }

  /*
 * We now come to the last (full or partial) object on this
 * page, which must point to the first object on the next
 * page (if present)
 */
  next_zpdesc = get_next_zpdesc(zpdesc);
  if (next_zpdesc) {
   link->next = freeobj++ << OBJ_TAG_BITS;
  } else {
   /*
 * Reset OBJ_TAG_BITS bit to last link to tell
 * whether it's allocated object or not.
 */
   link->next = -1UL << OBJ_TAG_BITS;
  }
  kunmap_local(vaddr);
  zpdesc = next_zpdesc;
  off %= PAGE_SIZE;
 }

 set_freeobj(zspage, 0);
}

static void create_page_chain(struct size_class *class, struct zspage *zspage,
    struct zpdesc *zpdescs[])
{
 int i;
 struct zpdesc *zpdesc;
 struct zpdesc *prev_zpdesc = NULL;
 int nr_zpdescs = class->pages_per_zspage;

 /*
 * Allocate individual pages and link them together as:
 * 1. all pages are linked together using zpdesc->next
 * 2. each sub-page point to zspage using zpdesc->zspage
 *
 * we set PG_private to identify the first zpdesc (i.e. no other zpdesc
 * has this flag set).
 */
 for (i = 0; i < nr_zpdescs; i++) {
  zpdesc = zpdescs[i];
  zpdesc->zspage = zspage;
  zpdesc->next = NULL;
  if (i == 0) {
   zspage->first_zpdesc = zpdesc;
   zpdesc_set_first(zpdesc);
   if (unlikely(class->objs_per_zspage == 1 &&
     class->pages_per_zspage == 1))
    SetZsHugePage(zspage);
  } else {
   prev_zpdesc->next = zpdesc;
  }
  prev_zpdesc = zpdesc;
 }
}

/*
 * Allocate a zspage for the given size class
 */
static struct zspage *alloc_zspage(struct zs_pool *pool,
       struct size_class *class,
       gfp_t gfp, const int nid)
{
 int i;
 struct zpdesc *zpdescs[ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE];
 struct zspage *zspage = cache_alloc_zspage(pool, gfp);

 if (!zspage)
  return NULL;

 if (!IS_ENABLED(CONFIG_COMPACTION))
  gfp &= ~__GFP_MOVABLE;

 zspage->magic = ZSPAGE_MAGIC;
 zspage->pool = pool;
 zspage->class = class->index;
 zspage_lock_init(zspage);

 for (i = 0; i < class->pages_per_zspage; i++) {
  struct zpdesc *zpdesc;

  zpdesc = alloc_zpdesc(gfp, nid);
  if (!zpdesc) {
   while (--i >= 0) {
    zpdesc_dec_zone_page_state(zpdescs[i]);
    free_zpdesc(zpdescs[i]);
   }
   cache_free_zspage(pool, zspage);
   return NULL;
  }
  __zpdesc_set_zsmalloc(zpdesc);

  zpdesc_inc_zone_page_state(zpdesc);
  zpdescs[i] = zpdesc;
 }

 create_page_chain(class, zspage, zpdescs);
 init_zspage(class, zspage);

 return zspage;
}

static struct zspage *find_get_zspage(struct size_class *class)
{
 int i;
 struct zspage *zspage;

 for (i = ZS_INUSE_RATIO_99; i >= ZS_INUSE_RATIO_0; i--) {
  zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[i],
        struct zspage, list);
  if (zspage)
   break;
 }

 return zspage;
}

static bool can_merge(struct size_class *prev, int pages_per_zspage,
     int objs_per_zspage)
{
 if (prev->pages_per_zspage == pages_per_zspage &&
  prev->objs_per_zspage == objs_per_zspage)
  return true;

 return false;
}

static bool zspage_full(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
{
 return get_zspage_inuse(zspage) == class->objs_per_zspage;
}

static bool zspage_empty(struct zspage *zspage)
{
 return get_zspage_inuse(zspage) == 0;
}

/**
 * zs_lookup_class_index() - Returns index of the zsmalloc &size_class
 * that hold objects of the provided size.
 * @pool: zsmalloc pool to use
 * @size: object size
 *
 * Context: Any context.
 *
 * Return: the index of the zsmalloc &size_class that hold objects of the
 * provided size.
 */
unsigned int zs_lookup_class_index(struct zs_pool *pool, unsigned int size)
{
 struct size_class *class;

 class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];

 return class->index;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_lookup_class_index);

unsigned long zs_get_total_pages(struct zs_pool *pool)
{
 return atomic_long_read(&pool->pages_allocated);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_get_total_pages);

void *zs_obj_read_begin(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
   void *local_copy)
{
 struct zspage *zspage;
 struct zpdesc *zpdesc;
 unsigned long obj, off;
 unsigned int obj_idx;
 struct size_class *class;
 void *addr;

 /* Guarantee we can get zspage from handle safely */
 read_lock(&pool->lock);
 obj = handle_to_obj(handle);
 obj_to_location(obj, &zpdesc, &obj_idx);
 zspage = get_zspage(zpdesc);

 /* Make sure migration doesn't move any pages in this zspage */
 zspage_read_lock(zspage);
 read_unlock(&pool->lock);

 class = zspage_class(pool, zspage);
 off = offset_in_page(class->size * obj_idx);

 if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
  /* this object is contained entirely within a page */
  addr = kmap_local_zpdesc(zpdesc);
  addr += off;
 } else {
  size_t sizes[2];

  /* this object spans two pages */
  sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
  sizes[1] = class->size - sizes[0];
  addr = local_copy;

  memcpy_from_page(addr, zpdesc_page(zpdesc),
     off, sizes[0]);
  zpdesc = get_next_zpdesc(zpdesc);
  memcpy_from_page(addr + sizes[0],
     zpdesc_page(zpdesc),
     0, sizes[1]);
 }

 if (!ZsHugePage(zspage))
  addr += ZS_HANDLE_SIZE;

 return addr;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_obj_read_begin);

void zs_obj_read_end(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
       void *handle_mem)
{
 struct zspage *zspage;
 struct zpdesc *zpdesc;
 unsigned long obj, off;
 unsigned int obj_idx;
 struct size_class *class;

 obj = handle_to_obj(handle);
 obj_to_location(obj, &zpdesc, &obj_idx);
 zspage = get_zspage(zpdesc);
 class = zspage_class(pool, zspage);
 off = offset_in_page(class->size * obj_idx);

 if (off + class->size <= PAGE_SIZE) {
  if (!ZsHugePage(zspage))
   off += ZS_HANDLE_SIZE;
  handle_mem -= off;
  kunmap_local(handle_mem);
 }

 zspage_read_unlock(zspage);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_obj_read_end);

void zs_obj_write(struct zs_pool *pool, unsigned long handle,
    void *handle_mem, size_t mem_len)
{
 struct zspage *zspage;
 struct zpdesc *zpdesc;
 unsigned long obj, off;
 unsigned int obj_idx;
 struct size_class *class;

 /* Guarantee we can get zspage from handle safely */
 read_lock(&pool->lock);
 obj = handle_to_obj(handle);
 obj_to_location(obj, &zpdesc, &obj_idx);
 zspage = get_zspage(zpdesc);

 /* Make sure migration doesn't move any pages in this zspage */
 zspage_read_lock(zspage);
 read_unlock(&pool->lock);

 class = zspage_class(pool, zspage);
 off = offset_in_page(class->size * obj_idx);

 if (!ZsHugePage(zspage))
  off += ZS_HANDLE_SIZE;

 if (off + mem_len <= PAGE_SIZE) {
  /* this object is contained entirely within a page */
  void *dst = kmap_local_zpdesc(zpdesc);

  memcpy(dst + off, handle_mem, mem_len);
  kunmap_local(dst);
 } else {
  /* this object spans two pages */
  size_t sizes[2];

  sizes[0] = PAGE_SIZE - off;
  sizes[1] = mem_len - sizes[0];

  memcpy_to_page(zpdesc_page(zpdesc), off,
          handle_mem, sizes[0]);
  zpdesc = get_next_zpdesc(zpdesc);
  memcpy_to_page(zpdesc_page(zpdesc), 0,
          handle_mem + sizes[0], sizes[1]);
 }

 zspage_read_unlock(zspage);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_obj_write);

/**
 * zs_huge_class_size() - Returns the size (in bytes) of the first huge
 *                        zsmalloc &size_class.
 * @pool: zsmalloc pool to use
 *
 * The function returns the size of the first huge class - any object of equal
 * or bigger size will be stored in zspage consisting of a single physical
 * page.
 *
 * Context: Any context.
 *
 * Return: the size (in bytes) of the first huge zsmalloc &size_class.
 */
size_t zs_huge_class_size(struct zs_pool *pool)
{
 return huge_class_size;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_huge_class_size);

static unsigned long obj_malloc(struct zs_pool *pool,
    struct zspage *zspage, unsigned long handle)
{
 int i, nr_zpdesc, offset;
 unsigned long obj;
 struct link_free *link;
 struct size_class *class;

 struct zpdesc *m_zpdesc;
 unsigned long m_offset;
 void *vaddr;

 class = pool->size_class[zspage->class];
 obj = get_freeobj(zspage);

 offset = obj * class->size;
 nr_zpdesc = offset >> PAGE_SHIFT;
 m_offset = offset_in_page(offset);
 m_zpdesc = get_first_zpdesc(zspage);

 for (i = 0; i < nr_zpdesc; i++)
  m_zpdesc = get_next_zpdesc(m_zpdesc);

 vaddr = kmap_local_zpdesc(m_zpdesc);
 link = (struct link_free *)vaddr + m_offset / sizeof(*link);
 set_freeobj(zspage, link->next >> OBJ_TAG_BITS);
 if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
  /* record handle in the header of allocated chunk */
  link->handle = handle | OBJ_ALLOCATED_TAG;
 else
  zspage->first_zpdesc->handle = handle | OBJ_ALLOCATED_TAG;

 kunmap_local(vaddr);
 mod_zspage_inuse(zspage, 1);

 obj = location_to_obj(m_zpdesc, obj);
 record_obj(handle, obj);

 return obj;
}


/**
 * zs_malloc - Allocate block of given size from pool.
 * @pool: pool to allocate from
 * @size: size of block to allocate
 * @gfp: gfp flags when allocating object
 * @nid: The preferred node id to allocate new zspage (if needed)
 *
 * On success, handle to the allocated object is returned,
 * otherwise an ERR_PTR().
 * Allocation requests with size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE will fail.
 */
unsigned long zs_malloc(struct zs_pool *pool, size_t size, gfp_t gfp,
   const int nid)
{
 unsigned long handle;
 struct size_class *class;
 int newfg;
 struct zspage *zspage;

 if (unlikely(!size))
  return (unsigned long)ERR_PTR(-EINVAL);

 if (unlikely(size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE))
  return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOSPC);

 handle = cache_alloc_handle(pool, gfp);
 if (!handle)
  return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOMEM);

 /* extra space in chunk to keep the handle */
 size += ZS_HANDLE_SIZE;
 class = pool->size_class[get_size_class_index(size)];

 /* class->lock effectively protects the zpage migration */
 spin_lock(&class->lock);
 zspage = find_get_zspage(class);
 if (likely(zspage)) {
  obj_malloc(pool, zspage, handle);
  /* Now move the zspage to another fullness group, if required */
  fix_fullness_group(class, zspage);
  class_stat_add(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);

  goto out;
 }

 spin_unlock(&class->lock);

 zspage = alloc_zspage(pool, class, gfp, nid);
 if (!zspage) {
  cache_free_handle(pool, handle);
  return (unsigned long)ERR_PTR(-ENOMEM);
 }

 spin_lock(&class->lock);
 obj_malloc(pool, zspage, handle);
 newfg = get_fullness_group(class, zspage);
 insert_zspage(class, zspage, newfg);
 atomic_long_add(class->pages_per_zspage, &pool->pages_allocated);
 class_stat_add(class, ZS_OBJS_ALLOCATED, class->objs_per_zspage);
 class_stat_add(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);

 /* We completely set up zspage so mark them as movable */
 SetZsPageMovable(pool, zspage);
out:
 spin_unlock(&class->lock);

 return handle;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_malloc);

static void obj_free(int class_size, unsigned long obj)
{
 struct link_free *link;
 struct zspage *zspage;
 struct zpdesc *f_zpdesc;
 unsigned long f_offset;
 unsigned int f_objidx;
 void *vaddr;


 obj_to_location(obj, &f_zpdesc, &f_objidx);
 f_offset = offset_in_page(class_size * f_objidx);
 zspage = get_zspage(f_zpdesc);

 vaddr = kmap_local_zpdesc(f_zpdesc);
 link = (struct link_free *)(vaddr + f_offset);

 /* Insert this object in containing zspage's freelist */
 if (likely(!ZsHugePage(zspage)))
  link->next = get_freeobj(zspage) << OBJ_TAG_BITS;
 else
  f_zpdesc->handle = 0;
 set_freeobj(zspage, f_objidx);

 kunmap_local(vaddr);
 mod_zspage_inuse(zspage, -1);
}

void zs_free(struct zs_pool *pool, unsigned long handle)
{
 struct zspage *zspage;
 struct zpdesc *f_zpdesc;
 unsigned long obj;
 struct size_class *class;
 int fullness;

 if (IS_ERR_OR_NULL((void *)handle))
  return;

 /*
 * The pool->lock protects the race with zpage's migration
 * so it's safe to get the page from handle.
 */
 read_lock(&pool->lock);
 obj = handle_to_obj(handle);
 obj_to_zpdesc(obj, &f_zpdesc);
 zspage = get_zspage(f_zpdesc);
 class = zspage_class(pool, zspage);
 spin_lock(&class->lock);
 read_unlock(&pool->lock);

 class_stat_sub(class, ZS_OBJS_INUSE, 1);
 obj_free(class->size, obj);

 fullness = fix_fullness_group(class, zspage);
 if (fullness == ZS_INUSE_RATIO_0)
  free_zspage(pool, class, zspage);

 spin_unlock(&class->lock);
 cache_free_handle(pool, handle);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_free);

static void zs_object_copy(struct size_class *class, unsigned long dst,
    unsigned long src)
{
 struct zpdesc *s_zpdesc, *d_zpdesc;
 unsigned int s_objidx, d_objidx;
 unsigned long s_off, d_off;
 void *s_addr, *d_addr;
 int s_size, d_size, size;
 int written = 0;

 s_size = d_size = class->size;

 obj_to_location(src, &s_zpdesc, &s_objidx);
 obj_to_location(dst, &d_zpdesc, &d_objidx);

 s_off = offset_in_page(class->size * s_objidx);
 d_off = offset_in_page(class->size * d_objidx);

 if (s_off + class->size > PAGE_SIZE)
  s_size = PAGE_SIZE - s_off;

 if (d_off + class->size > PAGE_SIZE)
  d_size = PAGE_SIZE - d_off;

 s_addr = kmap_local_zpdesc(s_zpdesc);
 d_addr = kmap_local_zpdesc(d_zpdesc);

 while (1) {
  size = min(s_size, d_size);
  memcpy(d_addr + d_off, s_addr + s_off, size);
  written += size;

  if (written == class->size)
   break;

  s_off += size;
  s_size -= size;
  d_off += size;
  d_size -= size;

  /*
 * Calling kunmap_local(d_addr) is necessary. kunmap_local()
 * calls must occurs in reverse order of calls to kmap_local_page().
 * So, to call kunmap_local(s_addr) we should first call
 * kunmap_local(d_addr). For more details see
 * Documentation/mm/highmem.rst.
 */
  if (s_off >= PAGE_SIZE) {
   kunmap_local(d_addr);
   kunmap_local(s_addr);
   s_zpdesc = get_next_zpdesc(s_zpdesc);
   s_addr = kmap_local_zpdesc(s_zpdesc);
   d_addr = kmap_local_zpdesc(d_zpdesc);
   s_size = class->size - written;
   s_off = 0;
  }

  if (d_off >= PAGE_SIZE) {
   kunmap_local(d_addr);
   d_zpdesc = get_next_zpdesc(d_zpdesc);
   d_addr = kmap_local_zpdesc(d_zpdesc);
   d_size = class->size - written;
   d_off = 0;
  }
 }

 kunmap_local(d_addr);
 kunmap_local(s_addr);
}

/*
 * Find alloced object in zspage from index object and
 * return handle.
 */
static unsigned long find_alloced_obj(struct size_class *class,
          struct zpdesc *zpdesc, int *obj_idx)
{
 unsigned int offset;
 int index = *obj_idx;
 unsigned long handle = 0;
 void *addr = kmap_local_zpdesc(zpdesc);

 offset = get_first_obj_offset(zpdesc);
 offset += class->size * index;

 while (offset < PAGE_SIZE) {
  if (obj_allocated(zpdesc, addr + offset, &handle))
   break;

  offset += class->size;
  index++;
 }

 kunmap_local(addr);

 *obj_idx = index;

 return handle;
}

static void migrate_zspage(struct zs_pool *pool, struct zspage *src_zspage,
      struct zspage *dst_zspage)
{
 unsigned long used_obj, free_obj;
 unsigned long handle;
 int obj_idx = 0;
 struct zpdesc *s_zpdesc = get_first_zpdesc(src_zspage);
 struct size_class *class = pool->size_class[src_zspage->class];

 while (1) {
  handle = find_alloced_obj(class, s_zpdesc, &obj_idx);
  if (!handle) {
   s_zpdesc = get_next_zpdesc(s_zpdesc);
   if (!s_zpdesc)
    break;
   obj_idx = 0;
   continue;
  }

  used_obj = handle_to_obj(handle);
  free_obj = obj_malloc(pool, dst_zspage, handle);
  zs_object_copy(class, free_obj, used_obj);
  obj_idx++;
  obj_free(class->size, used_obj);

  /* Stop if there is no more space */
  if (zspage_full(class, dst_zspage))
   break;

  /* Stop if there are no more objects to migrate */
  if (zspage_empty(src_zspage))
   break;
 }
}

static struct zspage *isolate_src_zspage(struct size_class *class)
{
 struct zspage *zspage;
 int fg;

 for (fg = ZS_INUSE_RATIO_10; fg <= ZS_INUSE_RATIO_99; fg++) {
  zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[fg],
        struct zspage, list);
  if (zspage) {
   remove_zspage(class, zspage);
   return zspage;
  }
 }

 return zspage;
}

static struct zspage *isolate_dst_zspage(struct size_class *class)
{
 struct zspage *zspage;
 int fg;

 for (fg = ZS_INUSE_RATIO_99; fg >= ZS_INUSE_RATIO_10; fg--) {
  zspage = list_first_entry_or_null(&class->fullness_list[fg],
        struct zspage, list);
  if (zspage) {
   remove_zspage(class, zspage);
   return zspage;
  }
 }

 return zspage;
}

/*
 * putback_zspage - add @zspage into right class's fullness list
 * @class: destination class
 * @zspage: target page
 *
 * Return @zspage's fullness status
 */
static int putback_zspage(struct size_class *class, struct zspage *zspage)
{
 int fullness;

 fullness = get_fullness_group(class, zspage);
 insert_zspage(class, zspage, fullness);

 return fullness;
}

#ifdef CONFIG_COMPACTION
/*
 * To prevent zspage destroy during migration, zspage freeing should
 * hold locks of all pages in the zspage.
 */
static void lock_zspage(struct zspage *zspage)
{
 struct zpdesc *curr_zpdesc, *zpdesc;

 /*
 * Pages we haven't locked yet can be migrated off the list while we're
 * trying to lock them, so we need to be careful and only attempt to
 * lock each page under zspage_read_lock(). Otherwise, the page we lock
 * may no longer belong to the zspage. This means that we may wait for
 * the wrong page to unlock, so we must take a reference to the page
 * prior to waiting for it to unlock outside zspage_read_lock().
 */
 while (1) {
  zspage_read_lock(zspage);
  zpdesc = get_first_zpdesc(zspage);
  if (zpdesc_trylock(zpdesc))
   break;
  zpdesc_get(zpdesc);
  zspage_read_unlock(zspage);
  zpdesc_wait_locked(zpdesc);
  zpdesc_put(zpdesc);
 }

 curr_zpdesc = zpdesc;
 while ((zpdesc = get_next_zpdesc(curr_zpdesc))) {
  if (zpdesc_trylock(zpdesc)) {
   curr_zpdesc = zpdesc;
  } else {
   zpdesc_get(zpdesc);
   zspage_read_unlock(zspage);
   zpdesc_wait_locked(zpdesc);
   zpdesc_put(zpdesc);
   zspage_read_lock(zspage);
  }
 }
 zspage_read_unlock(zspage);
}
#endif /* CONFIG_COMPACTION */

#ifdef CONFIG_COMPACTION

static void replace_sub_page(struct size_class *class, struct zspage *zspage,
    struct zpdesc *newzpdesc, struct zpdesc *oldzpdesc)
{
 struct zpdesc *zpdesc;
 struct zpdesc *zpdescs[ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE] = {NULL, };
 unsigned int first_obj_offset;
 int idx = 0;

 zpdesc = get_first_zpdesc(zspage);
 do {
  if (zpdesc == oldzpdesc)
   zpdescs[idx] = newzpdesc;
  else
   zpdescs[idx] = zpdesc;
  idx++;
 } while ((zpdesc = get_next_zpdesc(zpdesc)) != NULL);

 create_page_chain(class, zspage, zpdescs);
 first_obj_offset = get_first_obj_offset(oldzpdesc);
 set_first_obj_offset(newzpdesc, first_obj_offset);
 if (unlikely(ZsHugePage(zspage)))
  newzpdesc->handle = oldzpdesc->handle;
 __zpdesc_set_movable(newzpdesc);
}

static bool zs_page_isolate(struct page *page, isolate_mode_t mode)
{
 /*
 * Page is locked so zspage can't be destroyed concurrently
 * (see free_zspage()). But if the page was already destroyed
 * (see reset_zpdesc()), refuse isolation here.
 */
 return page_zpdesc(page)->zspage;
}

static int zs_page_migrate(struct page *newpage, struct page *page,
  enum migrate_mode mode)
{
 struct zs_pool *pool;
 struct size_class *class;
 struct zspage *zspage;
 struct zpdesc *dummy;
 struct zpdesc *newzpdesc = page_zpdesc(newpage);
 struct zpdesc *zpdesc = page_zpdesc(page);
 void *s_addr, *d_addr, *addr;
 unsigned int offset;
 unsigned long handle;
 unsigned long old_obj, new_obj;
 unsigned int obj_idx;

 /*
 * TODO: nothing prevents a zspage from getting destroyed while
 * it is isolated for migration, as the page lock is temporarily
 * dropped after zs_page_isolate() succeeded: we should rework that
 * and defer destroying such pages once they are un-isolated (putback)
 * instead.
 */
 if (!zpdesc->zspage)
  return 0;

 /* The page is locked, so this pointer must remain valid */
 zspage = get_zspage(zpdesc);
 pool = zspage->pool;

 /*
 * The pool migrate_lock protects the race between zpage migration
 * and zs_free.
 */
 write_lock(&pool->lock);
 class = zspage_class(pool, zspage);

 /*
 * the class lock protects zpage alloc/free in the zspage.
 */
 spin_lock(&class->lock);
 /* the zspage write_lock protects zpage access via zs_obj_read/write() */
 if (!zspage_write_trylock(zspage)) {
  spin_unlock(&class->lock);
  write_unlock(&pool->lock);
  return -EINVAL;
 }

 /* We're committed, tell the world that this is a Zsmalloc page. */
 __zpdesc_set_zsmalloc(newzpdesc);

 offset = get_first_obj_offset(zpdesc);
 s_addr = kmap_local_zpdesc(zpdesc);

 /*
 * Here, any user cannot access all objects in the zspage so let's move.
 */
 d_addr = kmap_local_zpdesc(newzpdesc);
 copy_page(d_addr, s_addr);
 kunmap_local(d_addr);

 for (addr = s_addr + offset; addr < s_addr + PAGE_SIZE;
     addr += class->size) {
  if (obj_allocated(zpdesc, addr, &handle)) {

   old_obj = handle_to_obj(handle);
   obj_to_location(old_obj, &dummy, &obj_idx);
   new_obj = (unsigned long)location_to_obj(newzpdesc, obj_idx);
   record_obj(handle, new_obj);
  }
 }
 kunmap_local(s_addr);

 replace_sub_page(class, zspage, newzpdesc, zpdesc);
 /*
 * Since we complete the data copy and set up new zspage structure,
 * it's okay to release migration_lock.
 */
 write_unlock(&pool->lock);
 spin_unlock(&class->lock);
 zspage_write_unlock(zspage);

 zpdesc_get(newzpdesc);
 if (zpdesc_zone(newzpdesc) != zpdesc_zone(zpdesc)) {
  zpdesc_dec_zone_page_state(zpdesc);
  zpdesc_inc_zone_page_state(newzpdesc);
 }

 reset_zpdesc(zpdesc);
 zpdesc_put(zpdesc);

 return 0;
}

static void zs_page_putback(struct page *page)
{
}

const struct movable_operations zsmalloc_mops = {
 .isolate_page = zs_page_isolate,
 .migrate_page = zs_page_migrate,
 .putback_page = zs_page_putback,
};

/*
 * Caller should hold page_lock of all pages in the zspage
 * In here, we cannot use zspage meta data.
 */
static void async_free_zspage(struct work_struct *work)
{
 int i;
 struct size_class *class;
 struct zspage *zspage, *tmp;
 LIST_HEAD(free_pages);
 struct zs_pool *pool = container_of(work, struct zs_pool,
     free_work);

 for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
  class = pool->size_class[i];
  if (class->index != i)
   continue;

  spin_lock(&class->lock);
  list_splice_init(&class->fullness_list[ZS_INUSE_RATIO_0],
     &free_pages);
  spin_unlock(&class->lock);
 }

 list_for_each_entry_safe(zspage, tmp, &free_pages, list) {
  list_del(&zspage->list);
  lock_zspage(zspage);

  class = zspage_class(pool, zspage);
  spin_lock(&class->lock);
  class_stat_sub(class, ZS_INUSE_RATIO_0, 1);
  __free_zspage(pool, class, zspage);
  spin_unlock(&class->lock);
 }
};

static void kick_deferred_free(struct zs_pool *pool)
{
 schedule_work(&pool->free_work);
}

static void zs_flush_migration(struct zs_pool *pool)
{
 flush_work(&pool->free_work);
}

static void init_deferred_free(struct zs_pool *pool)
{
 INIT_WORK(&pool->free_work, async_free_zspage);
}

static void SetZsPageMovable(struct zs_pool *pool, struct zspage *zspage)
{
 struct zpdesc *zpdesc = get_first_zpdesc(zspage);

 do {
  WARN_ON(!zpdesc_trylock(zpdesc));
  __zpdesc_set_movable(zpdesc);
  zpdesc_unlock(zpdesc);
 } while ((zpdesc = get_next_zpdesc(zpdesc)) != NULL);
}
#else
static inline void zs_flush_migration(struct zs_pool *pool) { }
#endif

/*
 *
 * Based on the number of unused allocated objects calculate
 * and return the number of pages that we can free.
 */
static unsigned long zs_can_compact(struct size_class *class)
{
 unsigned long obj_wasted;
 unsigned long obj_allocated = class_stat_read(class, ZS_OBJS_ALLOCATED);
 unsigned long obj_used = class_stat_read(class, ZS_OBJS_INUSE);

 if (obj_allocated <= obj_used)
  return 0;

 obj_wasted = obj_allocated - obj_used;
 obj_wasted /= class->objs_per_zspage;

 return obj_wasted * class->pages_per_zspage;
}

static unsigned long __zs_compact(struct zs_pool *pool,
      struct size_class *class)
{
 struct zspage *src_zspage = NULL;
 struct zspage *dst_zspage = NULL;
 unsigned long pages_freed = 0;

 /*
 * protect the race between zpage migration and zs_free
 * as well as zpage allocation/free
 */
 write_lock(&pool->lock);
 spin_lock(&class->lock);
 while (zs_can_compact(class)) {
  int fg;

  if (!dst_zspage) {
   dst_zspage = isolate_dst_zspage(class);
   if (!dst_zspage)
    break;
  }

  src_zspage = isolate_src_zspage(class);
  if (!src_zspage)
   break;

  if (!zspage_write_trylock(src_zspage))
   break;

  migrate_zspage(pool, src_zspage, dst_zspage);
  zspage_write_unlock(src_zspage);

  fg = putback_zspage(class, src_zspage);
  if (fg == ZS_INUSE_RATIO_0) {
   free_zspage(pool, class, src_zspage);
   pages_freed += class->pages_per_zspage;
  }
  src_zspage = NULL;

  if (get_fullness_group(class, dst_zspage) == ZS_INUSE_RATIO_100
      || rwlock_is_contended(&pool->lock)) {
   putback_zspage(class, dst_zspage);
   dst_zspage = NULL;

   spin_unlock(&class->lock);
   write_unlock(&pool->lock);
   cond_resched();
   write_lock(&pool->lock);
   spin_lock(&class->lock);
  }
 }

 if (src_zspage)
  putback_zspage(class, src_zspage);

 if (dst_zspage)
  putback_zspage(class, dst_zspage);

 spin_unlock(&class->lock);
 write_unlock(&pool->lock);

 return pages_freed;
}

unsigned long zs_compact(struct zs_pool *pool)
{
 int i;
 struct size_class *class;
 unsigned long pages_freed = 0;

 /*
 * Pool compaction is performed under pool->lock so it is basically
 * single-threaded. Having more than one thread in __zs_compact()
 * will increase pool->lock contention, which will impact other
 * zsmalloc operations that need pool->lock.
 */
 if (atomic_xchg(&pool->compaction_in_progress, 1))
  return 0;

 for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
  class = pool->size_class[i];
  if (class->index != i)
   continue;
  pages_freed += __zs_compact(pool, class);
 }
 atomic_long_add(pages_freed, &pool->stats.pages_compacted);
 atomic_set(&pool->compaction_in_progress, 0);

 return pages_freed;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_compact);

void zs_pool_stats(struct zs_pool *pool, struct zs_pool_stats *stats)
{
 memcpy(stats, &pool->stats, sizeof(struct zs_pool_stats));
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_pool_stats);

static unsigned long zs_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker,
  struct shrink_control *sc)
{
 unsigned long pages_freed;
 struct zs_pool *pool = shrinker->private_data;

 /*
 * Compact classes and calculate compaction delta.
 * Can run concurrently with a manually triggered
 * (by user) compaction.
 */
 pages_freed = zs_compact(pool);

 return pages_freed ? pages_freed : SHRINK_STOP;
}

static unsigned long zs_shrinker_count(struct shrinker *shrinker,
  struct shrink_control *sc)
{
 int i;
 struct size_class *class;
 unsigned long pages_to_free = 0;
 struct zs_pool *pool = shrinker->private_data;

 for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
  class = pool->size_class[i];
  if (class->index != i)
   continue;

  pages_to_free += zs_can_compact(class);
 }

 return pages_to_free;
}

static void zs_unregister_shrinker(struct zs_pool *pool)
{
 shrinker_free(pool->shrinker);
}

static int zs_register_shrinker(struct zs_pool *pool)
{
 pool->shrinker = shrinker_alloc(0, "mm-zspool:%s", pool->name);
 if (!pool->shrinker)
  return -ENOMEM;

 pool->shrinker->scan_objects = zs_shrinker_scan;
 pool->shrinker->count_objects = zs_shrinker_count;
 pool->shrinker->batch = 0;
 pool->shrinker->private_data = pool;

 shrinker_register(pool->shrinker);

 return 0;
}

static int calculate_zspage_chain_size(int class_size)
{
 int i, min_waste = INT_MAX;
 int chain_size = 1;

 if (is_power_of_2(class_size))
  return chain_size;

 for (i = 1; i <= ZS_MAX_PAGES_PER_ZSPAGE; i++) {
  int waste;

  waste = (i * PAGE_SIZE) % class_size;
  if (waste < min_waste) {
   min_waste = waste;
   chain_size = i;
  }
 }

 return chain_size;
}

/**
 * zs_create_pool - Creates an allocation pool to work from.
 * @name: pool name to be created
 *
 * This function must be called before anything when using
 * the zsmalloc allocator.
 *
 * On success, a pointer to the newly created pool is returned,
 * otherwise NULL.
 */
struct zs_pool *zs_create_pool(const char *name)
{
 int i;
 struct zs_pool *pool;
 struct size_class *prev_class = NULL;

 pool = kzalloc(sizeof(*pool), GFP_KERNEL);
 if (!pool)
  return NULL;

 init_deferred_free(pool);
 rwlock_init(&pool->lock);
 atomic_set(&pool->compaction_in_progress, 0);

 pool->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
 if (!pool->name)
  goto err;

 if (create_cache(pool))
  goto err;

 /*
 * Iterate reversely, because, size of size_class that we want to use
 * for merging should be larger or equal to current size.
 */
 for (i = ZS_SIZE_CLASSES - 1; i >= 0; i--) {
  int size;
  int pages_per_zspage;
  int objs_per_zspage;
  struct size_class *class;
  int fullness;

  size = ZS_MIN_ALLOC_SIZE + i * ZS_SIZE_CLASS_DELTA;
  if (size > ZS_MAX_ALLOC_SIZE)
   size = ZS_MAX_ALLOC_SIZE;
  pages_per_zspage = calculate_zspage_chain_size(size);
  objs_per_zspage = pages_per_zspage * PAGE_SIZE / size;

  /*
 * We iterate from biggest down to smallest classes,
 * so huge_class_size holds the size of the first huge
 * class. Any object bigger than or equal to that will
 * endup in the huge class.
 */
  if (pages_per_zspage != 1 && objs_per_zspage != 1 &&
    !huge_class_size) {
   huge_class_size = size;
   /*
 * The object uses ZS_HANDLE_SIZE bytes to store the
 * handle. We need to subtract it, because zs_malloc()
 * unconditionally adds handle size before it performs
 * size class search - so object may be smaller than
 * huge class size, yet it still can end up in the huge
 * class because it grows by ZS_HANDLE_SIZE extra bytes
 * right before class lookup.
 */
   huge_class_size -= (ZS_HANDLE_SIZE - 1);
  }

  /*
 * size_class is used for normal zsmalloc operation such
 * as alloc/free for that size. Although it is natural that we
 * have one size_class for each size, there is a chance that we
 * can get more memory utilization if we use one size_class for
 * many different sizes whose size_class have same
 * characteristics. So, we makes size_class point to
 * previous size_class if possible.
 */
  if (prev_class) {
   if (can_merge(prev_class, pages_per_zspage, objs_per_zspage)) {
    pool->size_class[i] = prev_class;
    continue;
   }
  }

  class = kzalloc(sizeof(struct size_class), GFP_KERNEL);
  if (!class)
   goto err;

  class->size = size;
  class->index = i;
  class->pages_per_zspage = pages_per_zspage;
  class->objs_per_zspage = objs_per_zspage;
  spin_lock_init(&class->lock);
  pool->size_class[i] = class;

  fullness = ZS_INUSE_RATIO_0;
  while (fullness < NR_FULLNESS_GROUPS) {
   INIT_LIST_HEAD(&class->fullness_list[fullness]);
   fullness++;
  }

  prev_class = class;
 }

 /* debug only, don't abort if it fails */
 zs_pool_stat_create(pool, name);

 /*
 * Not critical since shrinker is only used to trigger internal
 * defragmentation of the pool which is pretty optional thing.  If
 * registration fails we still can use the pool normally and user can
 * trigger compaction manually. Thus, ignore return code.
 */
 zs_register_shrinker(pool);

 return pool;

err:
 zs_destroy_pool(pool);
 return NULL;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_create_pool);

void zs_destroy_pool(struct zs_pool *pool)
{
 int i;

 zs_unregister_shrinker(pool);
 zs_flush_migration(pool);
 zs_pool_stat_destroy(pool);

 for (i = 0; i < ZS_SIZE_CLASSES; i++) {
  int fg;
  struct size_class *class = pool->size_class[i];

  if (!class)
   continue;

  if (class->index != i)
   continue;

  for (fg = ZS_INUSE_RATIO_0; fg < NR_FULLNESS_GROUPS; fg++) {
   if (list_empty(&class->fullness_list[fg]))
    continue;

   pr_err("Class-%d fullness group %d is not empty\n",
          class->size, fg);
  }
  kfree(class);
 }

 destroy_cache(pool);
 kfree(pool->name);
 kfree(pool);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(zs_destroy_pool);

static int __init zs_init(void)
{
 int rc __maybe_unused;

#ifdef CONFIG_ZPOOL
 zpool_register_driver(&zs_zpool_driver);
#endif
#ifdef CONFIG_COMPACTION
 rc = set_movable_ops(&zsmalloc_mops, PGTY_zsmalloc);
 if (rc)
  return rc;
#endif
 zs_stat_init();
 return 0;
}

static void __exit zs_exit(void)
{
#ifdef CONFIG_ZPOOL
 zpool_unregister_driver(&zs_zpool_driver);
#endif
#ifdef CONFIG_COMPACTION
 set_movable_ops(NULL, PGTY_zsmalloc);
#endif
 zs_stat_exit();
}

module_init(zs_init);
module_exit(zs_exit);

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_AUTHOR("Nitin Gupta ");
MODULE_DESCRIPTION("zsmalloc memory allocator");